[發明專利]用于檢測介入工具的裝置和方法

有效

• 申請號: 201780056859.6
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN109715071B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: M·P·J·屈嫩;N·米哈伊洛維奇;A·普塔黑里安
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;A61B8/00;G01N29/265;G01S15/89;G10K11/34;G01S7/52;G06T5/50;G06T7/00;G06T7/73
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李光穎;王英

裝置適于基于針對包括所述工具的體積區域內的不同波束操縱角重建的至少兩幅超聲圖像來檢測介入工具的尖端。裝置包括圖像處理單元，所述圖像處理單元包括尖端檢測模塊，所述尖端檢測模塊被配置為執行尖端工具檢測流程。尖端工具檢測流程涉及識別至少兩幅超聲圖像中的工具的陰影區域并且計算體積區域內的工具的尖端的位置。

技術領域

本發明涉及一種用于檢測包括工具的尖端的工具的裝置和方法，并且具體地涉及一種用于使用通過超聲成像獲得的圖像對介入工具進行成像的裝置和方法。

背景技術

超聲成像是用于工具引導應用的最流行的成像系統之一。超聲成像可以用于對工具進行成像，所述工具諸如為針、腹腔鏡、支架和用于近距離放射治療的放射性種子。例如，超聲成像可以用于麻醉學、組織消融中的針引導或用于活檢引導，因為針用于采取組織樣本，并且將藥物或電能輸送到患者體內的目標組織。在這些流流程期間，針及其尖端的可視化非常重要，以便最小化患者的風險并改進健康結果。

通常，2D超聲引導用于在實行手術時可視化介入工具。然而，該成像模式具有多個缺點。具體地，2D成像具有有限的視場；在超聲圖像中的工具的成功對準和定位之后并且在移動工具或評估目標時，實行流程的人的任何不期望的手部運動能夠導致工具和超聲換能器的未對準，使得工具的部分從超聲圖像中被排除。這能夠導致工具的不正確放置。此外，在流程期間，操作者的焦點可以從處置轉移，因為他們能夠由在超聲圖像中搜索工具而分心。

外部工具跟蹤系統還具有多個缺點，因為其需要額外的裝備，這增加了超聲成像系統的成本。此外，需要包括額外的傳感器的專用針。限制醫生使用專用針可能將增加流程的成本。

已經在基于方向敏感譜變換的3D超聲中提出了工具檢測技術，其被示出為對于噪聲更魯棒并且可以在具有挑戰性的情況下檢測針(例如， A.Pourtaherian等人的“Gabor-Based Needle Detection and Tracking in Three-Dimensional Ultrasound DataVolumes，”(在Proc.IEEE ICIP，pp 3602-6，2014中))。此外，檢測技術中的大多數基于針的軸識別來導出超聲圖像內的工具的頂部的位置，這在高精度情況下并不總是可能的。

然而，當工具的插入角(入射超聲輻射與工具之間的角)很大時，這些建議不實現對工具的檢測。在這些情況下，入射波束以大角度反射，并且因此，不由超聲成像系統檢測到。因此，工具在采集的數據集中幾乎不可見。

圖1A和1B示出了典型的超聲成像系統并且圖示了工具1的插入角以及工具1的對應的超聲圖像。包括超聲發射器(超聲陣列)和圖像傳感器的超聲裝置3被布置為朝向對象發射超聲波5。它們形成針對對象的入射超聲輻射。超聲裝置3采集基于反射的超聲輻射用于對工具1進行成像的數據集。在該范例中發射的超聲輻射在基本垂直于超聲裝置3的超聲陣列的發射表面7的方向上傳播。

工具1以與超聲陣列的發射表面7的一角度插入，在該圖示中假設發射表面7與超聲裝置3的表面一致。工具的插入角是超聲裝置3的發射表面7與工具1之間的角，其中，超聲陣列的發射表面是垂直于入射超聲輻射5的傳輸方向的平面。

在圖1A中，工具以小插入角示出；工具基本上平行于超聲陣列的發射表面7布置。在這種情況下，工具1的插入角為大約0°。超聲輻射5由工具1的表面反射，并且朝向超聲陣列傳播回去，其中，其由圖像傳感器(被包括在超聲陣列中的超聲換能器)檢測到。由于工具強烈反射入射超聲輻射，因此其表現為超聲圖像數據中的明亮區域。

在圖1B中，工具1和超聲裝置3以不同的布置提供，其中，工具1 的插入角大。在這種情況下，超聲陣列的發射表面7與工具1之間的角為大約45°。超聲輻射5朝向工具1傳播并且入射在工具1的反射表面上。超聲輻射中的一些以大角度反射，使得其被引導遠離超聲陣列。因此，工具1在由超聲裝置3產生的超聲圖像中幾乎不可見。還可以意識到，當工具在組織中的前進期間工具的尖端進一步遠離超聲陣列的表面時，反射的超聲輻射被引導遠離超聲陣列的機會增加。